JP3607569B2 - Nondestructive inspection method and apparatus for structure - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大型構造物の内部構造を非破壊で検査する非破壊検査方法およびその装置に関し、特に、構造物に非接触で検査可能な非破壊検査方法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
交通機関、発電施設、居住用建築など、高度な信頼性が要求される大型構造物において、経年劣化や施工不良による事故が頻発している。その原因は、非破壊検査が行われていれば容易に発見できたと思われる構造物表面の剥離や構造物内部の亀裂であることが多い。そこで大型構造物の剥離や亀裂の検査を定期的に行うことが望まれるが、大面積の迅速な自動検査を可能にする簡便な検査法は開発されていない。
【0003】
これまで大型構造物の剥離や亀裂の検査には、ハンマーで表面を打撃し、その振動応答を耳または計器で計測する打音検査が主に用いられている。しかし、打音検査は人手に頼らなければならないため、この方法では大面積の迅速な自動検査は困難である。また、超音波探傷法やX線透過法についても自動化が検討されているが、センサを構造物に近接させる必要があるため、凹凸の多い表面での自動化は困難である。一方、電磁波を用いる検査法は、非接触計測が可能であるが、それでもセンサを構造物から数cm以上は離せない。また、数cm以上の厚さの空洞などには感度があるが、それより薄い剥離や亀裂には適用できない。
【0004】
このような状況のもと、大型構造物の剥離や亀裂の検査にレーザー超音波法を利用しようという提案がなされている。図19は、従来から行われているレーザー超音波法により物体内部の欠陥を検出するための検査装置の一構成例を示すブロック図である。このレーザー超音波法では、まず、レーザー光源111で生成したパルスレーザー光111aを物体101の表面に照射する。レーザー光111aが照射された領域では急激な熱膨張によって振動が励起され、この振動に基づく超音波104aが発生する。この超音波104aを非接触のレーザー干渉計113で検出して、このレーザー干渉計113の出力信号113aを演算処理装置114で演算処理することにより、物体101内部の微小欠陥103を計測する。
【0005】
ただし、このレーザー超音波法は、精密機械部品の品質検査などの精密検査を目的として開発された技術である。したがって、金属、複合材料、ファインセラミックスなどの検査対象の厚さ(1cm程度)や微小欠陥(0.01〜1mm程度)103に対して高感度であることが望まれる。このため、図20に示すような半値幅(パルス幅)が1〜100ns(ナノ秒)の短パルスのレーザー光111aを用いて、熱弾性モードで10MHz〜1GHzの超音波104aが発生するようにしている。また、レーザー光源111には、上記の半値幅をもつレーザー光111aを出力できるQスイッチ方式の固体レーザー発振器が用いられている。
【0006】
このレーザー超音波法を用いれば、構造物内部の欠陥を遠隔から自動計測することも可能である。しかし、上述したように超音波104aの周波数が10MHz〜1GHzと高いため、大型の金属部材、コンクリートおよび耐火煉瓦などでは超音波104aの減衰が大きく、超音波104aの検出感度が低い。この感度低下を防ぐには低い周波数の超音波を用いる必要があり、最適な超音波周波数は1〜100kHzである。従来からあるレーザー超音波法でも、この周波数帯での振動を計測することも可能ではあるが、振動励起効率が低いため、やはり計測感度は低い。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来は大型構造物の健全性を遠隔から高感度で計測できる自動化が容易な非破壊検査法が開発されていなかった。
本発明はこのような状況下でなされたものであり、その目的は大型構造物の健全性を遠隔計測できる自動化の容易な非破壊検査法を実現することにある。
また、他の目的は、大型構造物の健全性を高感度で計測できる非破壊検査法を実現することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による構造物の非破壊検査方法は、パルス幅が10マイクロ秒以上100マイクロ秒以下であり、ピークパワーが10kW以上でありかつ緩和振動が抑制されたパルス光を生成して、このパルス光を構造物の表面に照射する第1の工程と、パルス光が照射された領域の構造物の表面および表面下の光エネルギー吸収によって発生した振動を検出する第2の工程と、検出された振動の波形を基に構造物の内部構造に関する情報を生成する第3の工程とを備え、パルス光は、励起ランプに常時所定の直流電流を供給する予備放電回路と、励起ランプにパルス電流を供給する高速放電回路とにより生成されるレーザー光であり、予備放電回路および高速放電回路は、非磁性体で形成された筐体または防振構造を有する筐体に収容されていることによって特徴づけられる。パルス光の照射により熱弾性モードで励起される振動の最高周波数は、照射されたパルス光のパルス幅の逆数にほぼ比例する。したがって、パルス幅が10〜100μs(マイクロ秒)のパルス光を照射することにより、最高周波数10〜100KHz程度の振動を効率的に励起できる。この周波数帯の振動は大型の金属部材などでの減衰が小さいので、高感度で検出できる。また、予備放電回路および高速放電回路を上述した筐体に収容することにより、高速放電に伴って電磁力が発生しても、筐体は振動しない。
【0009】
また、本発明は、第1の工程において、パルス光の緩和振動をピークパワーの50%以下に抑制するようにしてもよい。
また、本発明は、第1の工程において、構造物の表面に非接触でパルス光を照射し、第2の工程において、構造物の表面に非接触で振動を検出するようにしてもよい。
また、本発明は、第3の工程において、検出された振動波形をフーリエ変換して振動の共振周波数を求め、構造物の内部にできた間隙の面積および構造物の厚みの少なくとも一方を振動の共振周波数から推定する。
また、本発明は、第1の工程において、パルス光の照射位置を走査する。これにより、構造物の広範囲にわたる振動分布を計測できる。
【0010】
また、本発明による構造物の非破壊検査装置は、パルス光を構造物の表面上に照射する光源と、パルス光が照射された領域の構造物の表面および表面下の光エネルギー吸収によって発生した振動を検出する振動検出手段と、この振動検出手段の出力側に接続されかつ振動検出手段で検出された振動の波形を基に構造物の内部構造に関する情報を生成する演算処理手段とを備え、光源は、パルス光の緩和振動を抑制する緩和振動抑制手段を有し、パルス光のパルス幅は、10マイクロ秒以上100マイクロ秒以下であり、パルス光のピークパワーは、10kW以上であり、さらに、光源は、励起ランプからの光によりレーザー媒質を励起してレーザー出力を得るノーマル発振固体レーザーのレーザー発振器と、励起ランプに常時所定の直流電流を供給する予備放電回路と励起ランプにパルス電流を供給する高速放電回路とを具備する電源部とを有し、高速放電回路のケースおよび電源部の筐体の少なくとも一方は、非磁性体で形成されていることによって特徴づけられる。予備放電回路により励起ランプを常時放電状態にしておくことで、高速放電回路からのパルス電流が励起ランプで放電されるときの放電インピーダンスの変化を小さくできる。また、高速放電回路のケースおよび電源部の筐体の少なくとも一方を非磁性体で形成することにより、高速放電に伴って電磁力が発生しても、ケースおよび筐体は振動しない。
【0011】
また、本発明による構造物の非破壊検査装置は、パルス光を構造物の表面上に照射する光源と、パルス光が照射された領域の構造物の表面および表面下の光エネルギー吸収によって発生した振動を検出する振動検出手段と、この振動検出手段の出力側に接続されかつ振動検出手段で検出された振動の波形を基に構造物の内部構造に関する情報を生成する演算処理手段とを備え、光源は、パルス光の緩和振動を抑制する緩和振動抑制手段を有し、パルス光のパルス幅は、10マイクロ秒以上100マイクロ秒以下であり、パルス光のピークパワーは、10kW以上であり、さらに、光源は、励起ランプからの光によりレーザー媒質を励起してレーザー出力を得るノーマル発振固体レーザーのレーザー発振器と、励起ランプに常時所定の直流電流を供給する予備放電回路と励起ランプにパルス電流を供給する高速放電回路とを具備する電源部と、レーザー媒質および励起ランプを冷却する冷却部を有し、電源部および冷却部の筐体は、防振構造を有していることによって特徴づけられる。
【0012】
ここで、光源の緩和振動抑制手段は、パルス光の緩和振動をパルス光のピークパワーの50%以下に抑制する手段としてもよい。また、緩和振動抑制手段は、高速放電回路からのパルス電流の立ち上がりを緩やかにする手段であってもよい。
また、光源は、構造物の表面に非接触でパルス光を照射する手段であり、振動検出手段は、構造物の表面に非接触で振動を検出する手段であってもよい。
【0013】
また、上記構造物の非破壊検査装置において、光源は、パルス光の広がり角を10mrad以下に制限する広がり角制御手段を有していてもよい。これによりパルス光の指向性が高くなる。
また、上記構造物の非破壊検査装置は、光源の出力側に配置されかつパルス光の照射位置を走査する走査手段を備えていてもよい。
パルス光が直線偏光である場合、走査手段を音響光学的変調器で構成してもよい。音響光学的変調器を用いることにより、高速に走査可能となる。なお、パルス幅が10〜100μsの長パルスのパルス光は、Qスイッチ方式によるレーザー光よりもピークパワーが小さいので、音響光学的変調器の表面にアブレーションによる損傷は起きにくい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。
図1は、本発明による構造物の非破壊検査装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。この図では検査対象の構造物としてトンネル1が例示されている。また、このトンネル1の内部には、トンネル1の表面(壁面)2に対してほぼ平行な亀裂(間隙)3が形成されているものとする。
非破壊検査装置10は、レーザー光源11と、音響光学的変調器(走査手段)12と、振動検出器13と、計算機14と、表示装置15とから構成されている。
【0015】
レーザー光源11は、長パルスのレーザー光11aを出力するノーマル発振固体レーザーのレーザー発振器である。レーザー光11aは、半値幅(以下、パルス幅ということがある)が10μs以上,100μs以下であり、ピークパワーが10kW以上である。また、レーザー光11aの緩和振動は、そのレーザー光11aのピークパワーの50%以下に抑制されている。
音響光学的変調器12は、レーザー光源11の出力側に配置されており、またトンネル1の表面2から1m程度離間して配置されている。この音響光学的変調器12は、レーザー光11aを偏向することによりトンネル表面2における照射位置を走査する走査手段として機能する。
【0016】
振動検出器13もまた、トンネル1の表面2から1m程度離間して配置されている。音響光学的変調器12からのレーザー光12aが照射された領域では振動が励起され、この振動と同じ波形を有する超音波4aが発生する。振動検出器13は、前記振動を直接検出するか、または前記超音波4aを受信することにより前記振動を検出するものである。この振動検出器13としては、レーザー干渉計または超音波検出用のマイクロフォンを利用できる。
【0017】
計算機14は、振動検出器13の出力側に接続されており、振動検出器13で検出された振動の波形データ13aを周波数解析して、トンネル1の内部構造に関する情報を生成する演算処理手段としての機能を有している。また、この計算機14は、レーザー光源11、音響光学的変調器12、振動検出器13および表示装置15のそれぞれの動作を制御する制御手段としての機能も兼ね備えている。特に、レーザー光源11および音響光学的変調器12に制御信号14sおよび14tをそれぞれ出力して、レーザー光源11および音響光学的変調器12の動作を同期させている。
表示装置15は、振動検出器13および計算機14の両方の出力側に接続されており、振動検出器13および計算機14のそれぞれから出力されたデータ13a,14aを表示するものである。
【0018】
次に、パルスレーザー光12aの照射により熱弾性モードで超音波4aが発生する原理を説明する。
図2は、超音波4aの発生原理の説明図であり、図1に示したトンネル1の断面が模式的に示されている。ここでは、表面2と亀裂3との間の板状部分4の厚さは十分薄いものとする。
【0019】
図2(A)はレーザー光12aが照射される前の状態を示している。表面2にレーザー光12aが照射されると、レーザー光12aの光エネルギー吸収によって表面2および板状部分4の温度が上昇して、図2(B)に示すように板状部分4が急激に熱膨張する。この状態でレーザー光12aの照射が停止すると、板状部分4は冷却されて急激に収縮する。このとき板状部分4は図2(C)に示すように過度に収縮する。その後、板状部分4は復元力によって図2(D)に示すように再び膨張に転ずる。以後、これを繰り返しながら、振動は徐々に収束してゆく。このようにして板状部分4の曲げ振動が励起される。また、板状部分4に相当する部材の形状により、他に厚み振動、ねじり振動など様々な振動モードが励起される。このようにして励起された振動に伴って、超音波4aが発生する。
【0020】
レーザー光12aの照射により熱弾性モードで励起された振動の最高周波数は、レーザー光12aのパルス幅の逆数にほぼ比例する。したがって、パルス幅が10〜100μsの長パルスのレーザー光12aを照射することにより、最高周波数10〜100kHz程度の振動を効率的に励起できる。この周波数帯の振動は、厚さ10〜100cm程度の大型の金属部材、コンクリートおよび耐火煉瓦などでも減衰が小さい。したがって、振動検出器13により板状部分4の振動を高感度で検出できる。
なお、レーザー光12aのパルス幅から換算される周波数を有する弾性波の波長よりも板状部分4の厚さが大きくなると、板状部分4の振動は励起されない。しかし、上述したパルス幅を有するレーザー光12aを用いた場合は、周波数が低く波長が長いので、通常の大きさの構造物でも大きさが波長以下となって振動が起こる。
【0021】
レーザー光による振動の発生は、照射領域の温度上昇によって起こる。このため、深さ方向の温度上昇の分布が重要である。温度分布は熱伝導率κと光の吸収係数γとにより決まるが、これらは物質に強く依存する。特に金属と絶縁体との相違は大きい。
金属では光吸収は物体表面で起こり、物体内部の温度上昇は熱伝導により起こると仮定できる。またレーザービームが十分太く、物体表面方向に一様と仮定し、さらに光吸収パワー密度(レーザー光の単位面積当たりのピークパワー)が時間0<t<t0 (t0 はレーザー光のパルス幅)でI0 (一定値)、その他で0とする。この時、レーザーの発光終了後(t0 <t)における物体内部の温度分布T(x3,t)は、次式で与えられる。なお、x3 は物体内部における表面からの距離である。
【0022】
【数1】
【0023】
ここでκは熱伝導率、D=κ/(ρC)は熱拡散率、ρは密度、Cは熱容量である。ただし、レーザーの発光中(0<t<t0 )においては(1)式の第1項のみを採る。
一方、光の透過距離が数10μm以上ある絶縁体では、レーザー光のパルス幅程度の時間での熱拡散距離は相対的に小さいので無視できる。この場合、温度はレーザー光の照射時間に比例して上昇し、物体内部の温度分布T(x3,t)は次式で与えられる。
【0024】
【数2】
【0025】
続いて、パルスレーザー光を照射したときの物体表層の温度分布を、従来からあるレーザー超音波法の場合と本発明の場合とで比較する。図3は、(1)式〜(3)式より求められた下記の条件における物体表層の温度分布を示すグラフである。このグラフの横軸は物体表面からの距離x3 [μm]であり、縦軸はレーザー照射による温度上昇T[K]である。
【0026】
まず、従来法による場合を検討するにあたり、パルス幅t0 =10nsの短パルスのレーザー光111aを照射した場合の温度分布を金属と絶縁体の両方で調べる。
物体が金属の場合、熱物性定数は軟鋼を想定して熱伝導率κ=50W/(m・K)、熱拡散率D=1.3×10−5m2 /sとする。ただし、光吸収係数γを無限大とする。また、吸収パワー密度I0 はQスイッチ方式により発振されたレーザー光を想定して20MW/cm2 (ビーム直径8mm、吸収エネルギー100mJに相当)とする。図3の実線aは、パルス幅t0 の10倍の時間t=100nsが経過したときの温度分布である。温度上昇Tは表面で264Kであるが、4μm内部では10Kと小さい。常温(293K)の場合、照射直後の表面温度は融点(1810K)を超えるので、アブレーションが起こる。
【0027】
物体が絶縁体の場合、熱伝導率κおよび熱拡散率Dは金属の場合と同じ値とし、光吸収係数γ=1×104 [1/m]とする。また、吸収パワー密度I0 を金属の場合の10倍の200MW/cm2 とする。図3の点線bは、レーザー発光が終了した時間t=10nsにおける温度分布である。最表面の温度上昇Tは52Kでアブレーションは起こらず、100μm内部でも20K以上温度が上昇する。
【0028】
次に、本発明による場合を検討するにあたり、パルス幅t0 =50μsの長パルスのレーザー光11aを照射した場合の温度分布を金属と絶縁体の両方で調べる。吸収パワー密度I0 は1MW/cm2 とする。
物体が金属の場合、パルス幅t0 の10倍の時間t=500μs経過後には、図3の破線cで示すように、厚さ100μmの表層で温度上昇Tが60Kとなった。また、光が透過する絶縁体の場合、光透過と内部での吸収とにより、レーザー発光が終了した時間t=50μsには、図3の一点鎖線dで示すように、100μm内部での温度上昇Tが50Kとなった。いずれの場合も、表面での温度上昇Tは600K以下であり、アブレーションは起こらない。
【0029】
以上からわかるように、長パルスのレーザー光11aを用いた場合、金属でも絶縁体でも、比較的厚い表層に適度な温度上昇が起こる。したがって、比較的厚い表層に熱膨張による振動を励起できるので、大型構造物の内部にできた亀裂などの欠陥を検査できることがわかる。
その一方で、レーザー光11aはパルス幅t0 が長いので大エネルギーのわりにピークパワーI0 が小さく、物体表面でアブレーションが起きない。このため、検査対象の表面にアブレーション損傷が無い完全な非破壊検査を行える。
【0030】
また、レーザー光11aの吸収パワー密度I0 は1MW/cm2 程度であり、図1に示した音響光学的変調器12の耐光性限度以下である。したがって、音響光学的変調器12の表面をアブレーション損傷させることなく使用できる。音響光学的変調器12を用いることにより、レーザー光11aの波形を自在に制御できる。特に、音響光学的変調器12はレーザー光11aの偏向を機械的でなく光学的に行うので、高速に走査可能となる。なお、言うまでもなく、走査手段として反射ミラーを用いることもできる。
【0031】
次に、長パルスのレーザー光11aを出力するレーザー光源11について更に説明する。
図4は、レーザー光源11の構成図である。レーザー光源11は、固体レーザーであり、レーザーヘッド部20と、電源部30と、レーザー発振制御部51と、冷却部52とから構成されている。
さらに、レーザーヘッド部20はノーマル発振の固体レーザー発振器であり、レーザーロッド21と、フラッシュランプ22と、レーザーロッド21およびフラッシュランプ22を収容する集光器23と、光共振器を構成する全反射鏡24aおよび出力鏡24bと、集光器23の一方の鏡面と全反射鏡24aとの間に配置されたエキスパンダー(広がり角制御手段)25と、集光器23の他方の鏡面と出力鏡24bとの間に配置されたポラライザー26とを備えている。
【0032】
レーザーロッド21には、Nd:YAG結晶、Er:YAG結晶、Nd:ガラス結晶、Nd:YLF結晶などの固体レーザー媒質が用いられる。フラッシュランプ22は、レーザーロッド21に光を照射して励起させる励起ランプであり、キセノンフラッシュランプなどが用いられる。集光器23は、フラッシュランプ22からの光を効率よくレーザーロッド21上に集光するものである。
【0033】
エキスパンダー25は、凸レンズ25aと凹レンズ25bとから構成されている。そして、各レンズ25a,25bの屈折率と、各レンズ25a,25b間の距離を調整することで、レーザーヘッド部20(すなわち、レーザー光源11)から出力されるレーザー光11aの広がり角を制御できる。ここでは、指向性を高くするため、レーザー光11aの広がり角を10mrad以下に制限する。
ポラライザー26は、レーザー光11aを直線偏光とするための偏光素子である。このポラライザー26を用いて直線偏光出力を得ることにより、図1に示した音響光学的変調器12により高効率な変調と偏向が可能となる。なお、この音響光学的変調器12を用いない場合には、ポラライザー26は無くてもよい。
【0034】
電源部30は、レーザーヘッド部20のフラッシュランプ22に放電電流を供給する電源である。レーザー発振制御部51は、電源部30に接続されており、この電源部30がフラッシュランプ22に放電電流を供給するタイミングを制御するものである。冷却部52は、レーザーヘッド部20のレーザーロッド21、フラッシュランプ22および集光器23を冷却(例えば水冷)するものである。
【0035】
図5は、図4に示した電源部30の構成を示す回路図である。
フラッシュランプ22の陽極はダイオード33および抵抗32を介してシマー電源31の+端子に接続され、陰極はこのシマー電源31の−端子に接続されている。また、フラッシュランプ22の陽極はスイッチング素子40aを介して放電用コンデンサー39aの一端に接続され、陰極はこの放電用コンデンサー39aの他端に接続されている。さらに、フラッシュランプ22の陽極はインダクター41およびスイッチング素子40bを介して放電用コンデンサー39bの一端に接続され、陰極はこの放電用コンデンサー39bの他端に接続されている。
【0036】
放電用コンデンサー39a,39bはケース39cに収容されている。スイッチング素子40a,40bのそれぞれのゲートはレーザー発振制御部51に接続されている。
そして、放電用コンデンサー39a,39bのそれぞれの一端はインダクター38a,38bを介して充電用主電源37の+端子に接続され、それぞれの他端はこの充電用主電源37の−端子に接続されている。
また、電源部30は、トリガートランス35を介して電極36よりフラッシュランプ22にトリガーパルスを印加するトリガーパルス発生器34を有している。
【0037】
シマー電源31は、フラッシュランプ22に常時所定の直流電流を供給する予備放電回路を構成する。このシマー電源31の両端子(+,−)間の電圧は、充電用主電源37の両端子(+,−)間の電圧よりも低く設定してある。
放電用コンデンサー39aとスイッチング素子40aとにより、フラッシュランプ22にパルス電流を供給する高速放電回路が構成される。ここで、スイッチング素子40aは、通常はアノード電流の通過を阻止するが、ゲートに発光指令信号51aが印加されるとアノード電流を通過させる素子である。また、放電用コンデンサー39aの容量は、パルス電流の半値幅が10〜100μsとなるように設定される。
【0038】
放電用コンデンサー39bとスイッチング素子40bとインダクター41とレーザー発振制御部51とにより、レーザー光11aの緩和振動を抑制する緩和振動抑制手段が構成される。ここで、スイッチング素子40bは、通常はアノード電流の通過を阻止するが、ゲートに発光指令信号51bが印加されるとアノード電流を通過させる素子である。また、レーザー発振制御部51は、スイッチング素子40a,40bのゲートに、それぞれ発光指令信号51a,51bを所定のタイミングで印加する回路である。
なお、スイッチング素子40a,40bとしては、サイリスター、ゲートターンオフサイリスター、IGBTなどを使用できる。
【0039】
次に、電源部30の動作を説明する。
まず、シマー電源31を動作させる。シマー電源31がフラッシュランプ22の両極間に印加した電圧が約500〜1000Vとなった時点で、トリガーパルス発生器34がトリガーパルスを出力する。トランス35で増幅された電圧5kV以上のトリガーパルスが電極36よりフラッシュランプ22に印加されると、トリガーパルスの電圧によりフラッシュランプ22の両極間の絶縁が破れ、シマー電流が放電される。これにより、フラッシュランプ22の両極間の電圧は約100〜200Vに低下する。シマー電流は約100mAの直流電流であり、この後もフラッシュランプ22の両極間で放電され続ける。
【0040】
一方、スイッチング素子40a,40bは通常、ゲートに発光指令信号51a,51bが印加されておらず、阻止状態となっている。この状態で、充電用主電源37は放電用コンデンサー39a,39bのそれぞれを充電する。そして放電用コンデンサー39bに充電された電圧が約300V以上となると、レーザー発振制御部51はスイッチング素子40bのゲートに発光指令信号51bを印加する。これによりスイッチング素子40bは導通状態となり、放電用コンデンサー39bに充電された電圧はインダクター41およびフラッシュランプ22に印加される。このとき、インダクター41の積分作用により、フラッシュランプ22に供給される電流Ibの立ち上がりは、図6(A)の点線で示すように緩やかになる。上述したようにフラッシュランプ22の両極間の電圧は約100〜200Vに低下しているので、この電流Ibはフラッシュランプ22の両極間で放電される。
【0041】
続いて、レーザー発振制御部51はスイッチング素子40aのゲートに発光指令信号51aを印加する。これによりスイッチング素子40aは導通状態となり、放電用コンデンサー39aに充電された電圧はフラッシュランプ22に印加される。これにより、フラッシュランプ22の両極間で、図6(A)に実線で示すような立ち上がりが急峻なパルス電流Iaが放電される。
このときのフラッシュランプ22の放電電流(シマー電流を除く)Icは、図6(B)に示すように電流Ia,Ibを合成したものとなる。この電流Icは放電用コンデンサー39aからのパルス電流Iaよりも立ち上がりが緩やかになっている。
【0042】
フラッシュランプ22の放電電流の立ち上がりが急峻であるほど、レーザーヘッド部20から出力されるレーザー光11aの緩和振動が大きくなる。そこで、まず立ち上がりが緩やかな電流Ibをフラッシュランプ22に印加する。このときレーザー光11aに発生する緩和振動は小さい。そして、この電流Ibによる緩和振動がおさまった時点で、パルス電流Iaをフラッシュランプ22に印加するようにする。これによりレーザー光11aの緩和振動を極めて小さくできる。
【0043】
また、電源部30では、フラッシュランプ22でシマー電流が常時放電させているが、これによりフラッシュランプ22でパルス電流Iaが放電されるときの放電インピーダンスの変化を小さくできる。これにより、パルス放電の繰り返しが容易に高速化できると共に、発光効率が高まる、フラッシュランプ22の寿命が延びるといった利点を併せて得られる。
【0044】
前述したように、大型構造物を非破壊検査するには最高周波数10〜100kHzの振動を励起することが望ましく、そのためにはパルス幅が10〜100μsのレーザー光を照射する必要がある。しかし、従来からあるレーザー超音波法で使用されていたQスイッチ方式の固体レーザー発振器では、このような長パルスのレーザー光を得られない。
【0045】
図7は、Qスイッチ方式の固体レーザー発振器でQスイッチを使用せずにノーマル発振させて得られたレーザー光の波形を示す図である。横軸は時間であり、縦軸は光強度である。図7に示したレーザー光の包絡線の半値幅は40μsであるが、このレーザー光には緩和振動によるスパイク状のパルスが多数発生している。緩和振動の強度はピークパワーの90%以上と大きく、また各パルスの半値幅は数nsと極めて短い。このように、従来からレーザー超音波法で使用されていたQスイッチ方式の固体レーザー発振器を転用したのでは、長パルスのレーザー光を得られない。
【0046】
図8は、図4および図5に示した構成を有するレーザー光源11で得られたレーザー光11aの波形を示すグラフである。横軸は時間t[μs]であり、縦軸は光強度[a.u.]である。図8に示したレーザー光11aは、半値幅が50μsであり、しかも緩和振動の強度がピークパワーの50%以下に抑制されている。図1に示した非破壊検査装置ではこのようなレーザー光11aを使用するので、最高周波数10〜100kHz程度の低周波振動を効率的に励起できる。
【0047】
次に、レーザー光源11の防振構造について説明する。図9は、レーザー光源11の電源部30および冷却部52の外部筐体の側面図である。
レーザー光源11では、放電用コンデンサー39aの高速放電によりフラッシュランプ22を発光させる。このとき放電用コンデンサー39aから強い電磁力が発生する。従来からあるレーザー超音波法で使用されていたレーザー光源111aは床にキャスターなどで設置されており、特別な防振構造を有していなかった。しかし、これではレーザー光源111aが高速放電に伴う電磁力により大きく振動してしまう。この振動は床や空気を介してレーザー干渉計113に伝わり、レーザー干渉計113の出力信号のノイズとなるという問題があった。
【0048】
そこで、図1に示した非破壊検査装置のレーザー光源11では、以下のような防振構造とした。まず、放電用コンデンサー39aを収容するケース39cおよび電源部30の筐体30aは従来は鉄などで形成されていたが、このケース39cおよび筐体30aを真鍮などの非磁性体で形成した。これにより、高速放電に伴って電磁力が発生しても、ケース39cおよび筐体30aは振動しない。
また、図9に示すように、電源部30の筐体30aおよび冷却部52aの筐体52aを床55上に配置する際に、防振ゴム54を介在させている。これにより、筐体30a,52aが振動したとしても、その振動は床55に伝わらない。
レーザー光源11はこのような防振構造を有しているので、高速放電に伴う電磁力による振動は抑制される。したがって、振動検出器13で検出された振動波形にのるノイズが小さくなるので、検査精度が高くなる。
【0049】
次に、図1に示した装置による構造物の非破壊検査に関する実験について説明する。
まず、レーザー光源11として、図4および図5に示した構成を有する長パルスYAGレーザーのプロトタイプを試作した。このレーザー光源11は、大容量コンデンサー39aの高速放電によるフラッシュランプ発光を用いて、パルス幅50μs、エネルギー2.5Jの発振を行うことができた。これと同時に、レーザー光11aの広がり角を10mrad以下に制限できた。
このレーザー光源11を用いた予備実験で、周波数1〜50kHzの振動を効率的に発生させることができ、210×100×30mmのレンガブロックや100×100×5mmのタイルの明瞭な共振スペクトルを非接触で検出できることを初めて確認した。また、レーザー光11aはパルス幅が長いので大エネルギーのわりにピークパワーが小さく、部材表面にアブレーション損傷が生じない完全な非破壊検査を行えた。
【0050】
各実験毎に詳細に説明する。
実験1.従来からあるレーザー超音波法と本発明とのS/N比に関する比較:
試料として210×100×30mmのレンガブロックを用意した。このレンガブロックの100×30mmの面を下にして平面上に置く。このときレンガブロックは平面に接着されておらず、完全剥離の状態となっている。この状態で、レンガブロックの210×100mmの面にパルスレーザー光を照射する。このとき励起された振動に基づく超音波を照射位置から1m遠隔で受信し、周波数分析を行って共振スペクトルを得る。
【0051】
まず、従来からあるレーザー超音波法で用いられているパルス幅8nsのレーザー光111aを照射した。図10は、このときのレンガブロックの振動波形を示すグラフであり、図10(A)にはレーザー干渉計113による検出波形が示されており、図10(B)にはレーザー干渉計113による検出波形をフーリエ変換して得られたパワースペクトルが示されている。図10(A),(B)には、レーザー光111aのエネルギーを116mJ,87.8mJ,57.5mJ,35.0mJとしたときの波形、およびバックグラウンドの波形が上から順に示されている。
図10(A)から分かるように、このときのレンガブロックの振動速度vの振幅は0.005mm/s以下と小さい。また、図10(B)では5kHz付近に共振スペクトルが見られるが、この共振スペクトルの振幅が小さく、バックグラウンドノイズに埋没している。
【0052】
次に、上記レーザー光源11のプロトタイプによるパルス幅50μsのレーザー光11aを照射した。図11は、このときのレンガブロックの振動波形を示すグラフであり、図11(A)には振動検出器13による検出波形が示されており、図11(B)には振動検出器13による検出波形を計算機14でフーリエ変換して得られたパワースペクトルが示されている。図11(A),(B)には、レーザー光11aのエネルギーを2.08J(ピークパワー42kW),1.25J(ピークパワー25kW)としたときの波形、およびバックグラウンドの波形(図11(B)のみ)が上から順に示されている。
【0053】
図11(A)から分かるように、このときのレンガブロックの振動速度vの振幅は0.03〜0.05mm/sであり、振動速度vの振幅が従来の10倍程度となっている。また、図11(B)では5kHz付近に明瞭な共振スペクトルが見られる。この共振スペクトルはレンガブロックが剥離状態となっていることを示すものである。したがって、長パルスのレーザー光11aを用いることで、検査対象である構造物の状態を高感度で検出できることが分かる。
【0054】
図12は、図11(A)を基に作成されたレーザー光11aのピークパワーI0 とレンガブロックの振動速度vの振幅との関係を示すグラフである。明瞭な共振スペクトルを得るには、振動検出器13によって検出された振動速度vの振幅は0.01mm/s以上であることが望ましい。したがって、検査対象に励起された振動を照射位置から1m遠隔で検出する場合には、ピークパワーI0 が10kW以上のレーザー光11aを用いればよいことが図12から分かる。このようなレーザー光11aを用いることで、遠隔検査を正確に行える。
【0055】
実験2.剥離の検出:
図13は、この実験の試料の構造を説明するための断面図である。300×300×60mmのコンクリート板61の上に、98×98×5mmの磁器タイル(内装用タイル 100角)62が、100×100×3mmの樹脂配合セメント63によって接着されている。ただし、タイル62とセメント63の界面には、30×30×0.3mmのナイロンシート64があらかじめ挟み込まれており、人工剥離が形成されている。ここではナイロンシート64が挟み込まれている部分を剥離部、ナイロンシート64が挟み込まれていない部分を健全部と呼ぶ。
【0056】
まず、健全部のタイル62表面に、上記レーザー光源11のプロトタイプによるパルス幅50μsのレーザー光11aを照射した。図14は、このときの健全部の振動波形を示すグラフであり、図14(A)には振動検出器13による検出波形が示されており、図14(B)には振動検出器13による検出波形を計算機14でフーリエ変換して得られたパワースペクトルが示されている。
続いて、剥離部のタイル62表面に同じくレーザー光11aを照射した。図15は、このときの剥離部の振動波形を示すグラフであり、図15(A)には振動検出器13による検出波形が示されており、図15(B)には振動検出器13による検出波形を計算機14でフーリエ変換して得られたパワースペクトルが示されている。
【0057】
図14(B)と図15(B)とを対比すると、図15(B)には15kHz付近に強い共振スペクトルが現れていることが分かる。この共振スペクトルは、剥離と表面との間のタイル部分の熱膨張によって誘起された振動に基づくものである。この共振スペクトルの有無により、剥離の有無を知ることができる。
【0058】
次に、ナイロンシート34による人工剥離の大きさが異なる5種類の試料を用意した。表1は、人工剥離の大きさと、人工剥離の面積率Raを示す表である。ここで、人工剥離の面積率Raは、(人工剥離の面積)/(タイル62の面積)により求められたものである。
【0059】
【表1】
【0060】
そして、各試料の剥離部のタイル62表面に、上記レーザー光源11のプロトタイプによるパルス幅50μsのレーザー光11aを順次照射した。図16は、このときの各試料の剥離部の振動波形をフーリエ変換して得られたパワースペクトルを示すグラフである。このグラフには、人工剥離が小さい試料のパワースペクトルが下から順に示されている。このグラフの横軸は周波数f[kHz]、縦軸は強度である。ただし、人工剥離の大きさが50×50mm,69.3×69.3mm,84.9×84.9mmの各試料のパワースペクトルの強度は、それぞれ1/100,1/200,1/400に圧縮されている。
【0061】
各パワースペクトルにおいて、矢印を付した共振スペクトルが、剥離と表面との間のタイル部分に誘起された振動に基づくものである。剥離が大きいほど、その剥離に基づく共振周波数が小さくなることが分かる。
図17は、各試料の人工剥離の面積率Ra[%]と、その人工剥離に基づく共振周波数f[kHz]との関係を示すグラフである。このグラフを基に、得られた共振周波数から剥離の面積率を推定できる。
この実験2はタイル62とコンクリート板61との間に人工的に剥離を設けた試料を用いた実験であるが、大型構造物の表面にほぼ平行な剥離状の亀裂も同様に検出でき、また共振周波数から亀裂の面積率も推定できる。
【0062】
実験3.厚さの検出:
300×300×60mmおよび250×250×50mmの2個のコンクリート板を用意する。これらのコンクリート板の上に100×100×3mmの樹脂配合セメントで98×98×5mmの磁器タイル(内装用タイル 100角)を接着させて、試料(イ),(ロ)を作成した。ただし、いずれの試料(イ),(ロ)においても、タイルとコンクリート板の間に剥離は存在しない。
これらの試料(イ),(ロ)のタイル表面に、上記レーザー光源11のプロトタイプによるパルス幅50μsのレーザー光11aを照射した。図18は、このときの試料(イ),(ロ)の振動波形を示すグラフであり、図18(A),(B)にはそれぞれ試料(イ),(ロ)の振動波形が示されており、図18(C),(D)にはそれぞれ試料(イ),(ロ)の振動波形をフーリエ変換して得られたパワースペクトルが示されている。
【0063】
図18(C)に示されるように、試料(イ)の熱膨張によって誘起された振動の共振周波数は、5.3kHzおよび6.0kHzである。また、図18(D)に示されるように、試料(ロ)の熱膨張によって誘起された振動の共振周波数は、6.2kHzおよび7.5kHzである。この共振周波数の違いは、試料(イ),(ロ)のコンクリート板の厚さの違いによるものである。したがって、得られた共振周波数からコンクリート板の厚さを推定できる。
この技術は大型構造物に対しても応用できる。例えば、同じ方法でトンネルの壁の厚さなどを推定できる。
【0064】
以上の実験1〜3の実験結果から明らかなように、パルス幅が10〜100μsであり緩和振動が抑制されたレーザー光11aを用いることで、大型構造物に対しても、励起された振動を高感度で検出できる。また、レーザー光11aのピークパワーI0 を10kWとすることで、照射位置から1m遠隔でも励起された振動を高感度で検出できる。したがって、図1に示した装置により、大型構造物の健全性を遠隔から高感度で非破壊検査できる。しかも、図1に示した装置による非破壊検査は、人手によらず、しかも非接触で行えるので、自動化が容易である。
なお、図1に示した非破壊検査装置は、トンネルに限らず、交通機関、発電施設、居住用建築などの大型構造物の非破壊検査に広範囲に適用できる。
【0065】
また、例えば壁の内部が奥行き方向に2層構造となっている場合には、図1に示した装置により、両層の界面の接着が不完全である部分を検出できる。このような部分に長パルスのレーザー光12aを照射すると、表層には熱膨張により応力が発生して両層の界面が剥離し、上述したのと同様の原理で照射領域に振動が励起されるからである。これは、柱の内部に鉄筋が埋設されており、柱のコンクリートと鉄筋との接着が不完全である場合も同様である。
また、2層構造を有する大型構造物の表層の厚さが1cm程度である場合には、両層の界面が完全に密着していても、表層の厚さを正確に計測できる。1J程度の長パルスレーザー光12aを照射して表層の温度が数10℃程度上昇すると、両層の界面の接着が一時的に弱まり、両層の界面が剥離したときと同様に表層の照射領域が振動するからである。
【0066】
以上のように図1に示した非破壊検査装置により、大型構造物の内部構造として、構造物の表面とほぼ平行にできた1〜50cm程度の亀裂、10〜100cm程度の構造物の厚さ、多層構造を有する構造物あるいは他の部材が埋設された構造物における界面の接着が不完全である部分、1cm程度の構造物の表層の厚さなどを計測できる。
また、図1に示した非破壊検査装置は、数m以上のコンクリート劣化、亀裂などの有無とその形状を迅速かつ精密に計測できる移動型検査システムにも応用できる。これは現在各方面で問題となっている大型構造物の安全性の飛躍的向上に貢献すると同時に、新しい検査産業の創出にもつながると考えられる。
【0067】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、検査に用いるパルス光のパルス幅を10〜100μsとすると共に、緩和振動をピークパワーの50%以下に抑制する。これにより大型構造物での減衰が小さい10〜100kHz程度の振動を効率的に励起できるので、大型構造物の健全性を高感度で計測できる。また、本発明では、検査に用いるパルス光のピークパワーを10kW以上とする。これにより、大型構造物の健全性を遠隔計測できる。
また、本発明では、光源をランプ励起のノーマル発振固体レーザー発振器で構成する。また、ランプ励起用の電源部に予備放電回路を設けて、励起ランプを常時放電状態にしておく。これにより、パルス電流が励起ランプで放電されるときの放電インピーダンスの変化を小さくできるので、パルス放電の繰り返しが容易に高速化できると共に、発光効率が高まる、励起ランプの寿命が延びるといった効果を得られる。
【0068】
また、本発明では、光源の高速放電回路のケース、光源の電源部の筐体を、非磁性体で形成する。また、光源の電源部および冷却部の筐体を、防振構造とする。これにより、高速放電に伴う電磁力による振動は抑制される。したがって、振動検出手段で検出された振動波形にのるノイズが小さくなるので、検査精度が高くなる。
また、本発明では、パルス光の広がり角を10mrad以下に制限する。これによりパルス光の指向性が高くなるので、所望の領域のみの検査データを取得できる。
また、本発明では、パルス光の照射位置を走査することにより、大面積の検査を容易に行える。ここで、走査手段として音響光学的変調器を用いることにより、高速走査が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による構造物の非破壊検査装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図2】超音波の発生原理の説明図である。
【図3】物体表層の温度分布を示すグラフである。
【図4】レーザー光源の構成図である。
【図5】レーザー光源の電源部の構成を示す回路図である。
【図6】フラッシュランプに供給される電流(シマー電流を除く)を示すグラフである。
【図7】Qスイッチ方式の固体レーザー発振器でQスイッチを使用せずにノーマル発振させて得られたレーザー光の波形を示す図である。
【図8】図4および図5に示した構成を有するレーザー光源11で得られたレーザー光の波形を示すグラフである。
【図9】レーザー光源の電源部および冷却部の外部筐体の側面図である。
【図10】パルス幅8nsのレーザー光を照射したときのレンガブロックの振動波形を示すグラフである。
【図11】パルス幅50μsのレーザー光を照射したときのレンガブロックの振動波形を示すグラフである。
【図12】レーザー光のピークパワーとレンガブロックの振動速度の振幅との関係を示すグラフである。
【図13】実験2の試料の構造を説明するための断面図である。
【図14】パルス幅50μsのレーザー光を照射したときの健全部の振動波形を示すグラフである。
【図15】パルス幅50μsのレーザー光を照射したときの剥離部の振動波形を示すグラフである。
【図16】パルス幅50μsのレーザー光を照射したときの各試料の剥離部の振動波形に基づくパワースペクトルを示すグラフである。
【図17】各試料の人工剥離の面積率と、その人工剥離に基づく共振周波数との関係を示すグラフである。
【図18】パルス幅50μsのレーザー光を照射したときの試料(イ),(ロ)の振動波形を示すグラフである。
【図19】従来から行われているレーザー超音波法により物体内部の欠陥を検出するための検査装置の一構成例を示すブロック図である。
【図20】従来から行われているレーザー超音波法で用いられているレーザー光の波形を示す図である。
【符号の説明】
1…トンネル、2…トンネルの表面、3…亀裂、4…板状部分、4a…超音波、10…構造物の非破壊検査装置、11…レーザー光源、11a,12a…レーザー光、12…音響光学的変調器、13…振動検出器、13a,14a…データ、14…計算機、14s,14t…制御信号、15…表示装置、20…レーザーヘッド部、21…レーザーロッド、22…フラッシュランプ、23…集光器、24a…全反射鏡、24b…出力鏡、25…エキスパンダー、25a…凸レンズ、25b…凹レンズ、26…ポラライザー、30…電源部、30a,52a…筐体、31…シマー電源、32…抵抗、33…ダイオード、34…トリガーパルス発生器、35…トランス、36…電極、37…充電用主電源、38a,38b,41…インダクター、39a,39b…放電用コンデンサー、39c…ケース、40a,40b…スイッチング素子、51…レーザー発振制御部、51a,51b…発光指令信号、52…冷却部、54…防振ゴム、55…床、61…コンクリート板、62…磁気タイル、63…樹脂配合セメント、64…ナイロンシート。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nondestructive inspection method and apparatus for inspecting the internal structure of a large structure nondestructively, and more particularly to a nondestructive inspection method and apparatus capable of inspecting a structure without contact.
[0002]
[Prior art]
In large structures that require high reliability, such as transportation, power generation facilities, and residential buildings, accidents due to deterioration over time and poor construction frequently occur. The cause is often peeling of the surface of the structure or cracking inside the structure that can be easily found if nondestructive inspection is performed. Therefore, it is desired to periodically inspect for peeling and cracking of large structures, but a simple inspection method that enables rapid automatic inspection of a large area has not been developed.
[0003]
Conventionally, for inspection of peeling and cracking of a large structure, a hitting test in which the surface is hit with a hammer and the vibration response is measured with an ear or a meter has been mainly used. However, since the hammering inspection must be relied on manually, it is difficult to perform a large-area rapid automatic inspection by this method. In addition, although automation is also examined for the ultrasonic flaw detection method and the X-ray transmission method, since it is necessary to bring the sensor close to the structure, it is difficult to automate the surface with many irregularities. On the other hand, the inspection method using electromagnetic waves can perform non-contact measurement, but the sensor cannot be separated from the structure by several cm or more. Moreover, although a cavity with a thickness of several centimeters or more has sensitivity, it cannot be applied to a thinner peeling or crack.
[0004]
Under such circumstances, proposals have been made to use a laser ultrasonic method for the inspection of peeling and cracking of large structures. FIG. 19 is a block diagram showing a configuration example of an inspection apparatus for detecting defects inside an object by a conventional laser ultrasonic method. In this laser ultrasonic method, first, the surface of the
[0005]
However, this laser ultrasonic method is a technique developed for the purpose of precision inspection such as quality inspection of precision machine parts. Therefore, it is desired to have high sensitivity to the thickness (about 1 cm) and minute defects (about 0.01 to 1 mm) 103 of inspection objects such as metals, composite materials, and fine ceramics. Therefore, the
[0006]
If this laser ultrasonic method is used, it is possible to automatically measure defects inside the structure from a remote location. However, since the frequency of the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, conventionally, a non-destructive inspection method that is easy to automate and can measure the soundness of a large structure from a remote location with high sensitivity has not been developed.
The present invention has been made under such circumstances, and an object thereof is to realize an automated nondestructive inspection method capable of remotely measuring the soundness of a large structure.
Another object is to realize a nondestructive inspection method capable of measuring the soundness of a large structure with high sensitivity.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the nondestructive inspection method for a structure according to the present invention has a pulse width of 10 microseconds to 100 microseconds, a peak power of 10 kW or more, and relaxation vibrations are suppressed. Generate pulsed light, and use this pulsed light to display the structure.On the faceA first step of irradiating, a second step of detecting vibration generated by absorption of light energy below and on the surface of the structure in the region irradiated with pulsed light, and a structure based on the detected vibration waveform A third step of generating information relating to the internal structure of the objectThe pulsed light is a laser beam generated by a preliminary discharge circuit that constantly supplies a predetermined direct current to the excitation lamp and a high-speed discharge circuit that supplies a pulse current to the excitation lamp. The preliminary discharge circuit and the high-speed discharge circuit are Stored in a housing made of non-magnetic material or a housing having an anti-vibration structureIs characterized by The maximum frequency of vibration excited in the thermoelastic mode by the irradiation of the pulsed light is substantially proportional to the reciprocal of the pulse width of the irradiated pulsed light. Therefore, by irradiating pulsed light having a pulse width of 10 to 100 μs (microseconds), vibration having a maximum frequency of about 10 to 100 KHz can be efficiently excited. The vibration in this frequency band can be detected with high sensitivity since the attenuation of a large metal member is small.Further, by housing the preliminary discharge circuit and the high-speed discharge circuit in the above-described case, the case does not vibrate even when electromagnetic force is generated due to high-speed discharge.
[0009]
In the first step of the present invention, the relaxation oscillation of the pulsed light may be suppressed to 50% or less of the peak power.
In the first step, the surface of the structure may be irradiated with pulsed light without contact in the first step, and the vibration may be detected without contact with the surface of the structure in the second step.
In the third step of the present invention, in the third step, the detected vibration waveform is subjected to Fourier transform to obtain a resonance frequency of the vibration, and at least one of the area of the gap formed in the structure and the thickness of the structure is subjected to vibration. Estimated from the resonance frequency.
In the first step, the present invention scans the irradiation position of the pulsed light. Thereby, the vibration distribution over a wide range of the structure can be measured.
[0010]
In addition, the nondestructive inspection apparatus for a structure according to the present invention is generated by a light source that irradiates the surface of the structure with pulsed light and absorption of light energy below and on the surface of the structure in the region irradiated with the pulsed light. Vibration detection means for detecting vibration, and arithmetic processing means connected to the output side of the vibration detection means and generating information on the internal structure of the structure based on the vibration waveform detected by the vibration detection means, The light source has relaxation vibration suppressing means for suppressing relaxation vibration of the pulsed light, the pulse width of the pulsed light is not less than 10 microseconds and not more than 100 microseconds, and the peak power of the pulsed light is not less than 10 kWFurthermore, the light source includes a laser oscillator of a normal oscillation solid laser that obtains a laser output by exciting the laser medium with light from the excitation lamp, a preliminary discharge circuit that constantly supplies a predetermined direct current to the excitation lamp, and an excitation lamp. A power supply unit including a high-speed discharge circuit for supplying a pulse current, and at least one of a case of the high-speed discharge circuit and a housing of the power supply unit is formed of a non-magnetic material.Is characterized byBy keeping the excitation lamp in a constant discharge state by the preliminary discharge circuit, the change in discharge impedance when the pulse current from the fast discharge circuit is discharged by the excitation lamp can be reduced. Further, by forming at least one of the case of the high-speed discharge circuit and the case of the power supply unit with a non-magnetic material, the case and the case do not vibrate even when electromagnetic force is generated due to high-speed discharge.
[0011]
In addition, the nondestructive inspection apparatus for a structure according to the present invention is generated by a light source that irradiates the surface of the structure with pulsed light and absorption of light energy below and on the surface of the structure in the region irradiated with the pulsed light. Vibration detection means for detecting vibration, and arithmetic processing means connected to the output side of the vibration detection means and generating information on the internal structure of the structure based on the vibration waveform detected by the vibration detection means, The light source has relaxation vibration suppressing means for suppressing relaxation vibration of the pulsed light, the pulse width of the pulsed light is not less than 10 microseconds and not more than 100 microseconds, the peak power of the pulsed light is not less than 10 kW, ,light sourceThe laser oscillator of a normal oscillation solid-state laser that obtains laser output by exciting the laser medium with light from the excitation lampWhen,Pre-discharge circuit that constantly supplies a predetermined direct current to the excitation lampAnd encouragementPower supply unit comprising a high-speed discharge circuit for supplying a pulse current to a starting lampAnd a cooling part for cooling the laser medium and the excitation lamp, and the casing of the power supply part and the cooling part is characterized by having a vibration-proof structure..
[0012]
Here, the relaxation vibration suppressing means of the light source may be a means for suppressing the relaxation vibration of the pulsed light to 50% or less of the peak power of the pulsed light. Further, the relaxation oscillation suppressing means may be a means for moderating the rise of the pulse current from the high-speed discharge circuit.
The light source may be a means for irradiating the surface of the structure with non-contact pulsed light, and the vibration detection means may be a means for detecting vibration without contact with the surface of the structure.
[0013]
In the nondestructive inspection apparatus for a structure, the light source may have a spread angle control unit that limits a spread angle of the pulsed light to 10 mrad or less. This increases the directivity of the pulsed light.
The nondestructive inspection apparatus for a structure may include a scanning unit that is disposed on the output side of the light source and scans the irradiation position of the pulsed light.
When the pulsed light is linearly polarized light, the scanning means may be constituted by an acousto-optic modulator. By using an acousto-optic modulator, scanning can be performed at high speed. In addition, since the pulse power of a long pulse having a pulse width of 10 to 100 μs has a peak power smaller than that of the laser light by the Q switch method, the surface of the acousto-optic modulator is hardly damaged by ablation.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of a nondestructive inspection apparatus for structures according to the present invention. In this figure, the
The
[0015]
The
The acousto-
[0016]
The
[0017]
The calculator 14 is connected to the output side of the
The
[0018]
Next, the principle that the
FIG. 2 is an explanatory diagram of the principle of generation of the
[0019]
FIG. 2A shows a state before the
[0020]
The maximum frequency of vibration excited in the thermoelastic mode by irradiation with the
Note that if the thickness of the plate-like portion 4 becomes larger than the wavelength of the elastic wave having a frequency converted from the pulse width of the
[0021]
Generation of vibration due to laser light occurs due to a temperature rise in the irradiation region. For this reason, the distribution of temperature rise in the depth direction is important. The temperature distribution is determined by the thermal conductivity κ and the light absorption coefficient γ, which are strongly dependent on the substance. In particular, the difference between a metal and an insulator is large.
In metals, it can be assumed that light absorption occurs on the surface of the object and that the temperature rise inside the object is caused by heat conduction. Further, it is assumed that the laser beam is sufficiently thick and uniform in the direction of the object surface, and the light absorption power density (peak power per unit area of the laser light) is
[0022]
[Expression 1]
[0023]
Here, κ is the thermal conductivity, D = κ / (ρC) is the thermal diffusivity, ρ is the density, and C is the heat capacity. However, during laser emission (0 <t <t0 ) Takes only the first term of equation (1).
On the other hand, in an insulator having a light transmission distance of several tens of μm or more, the thermal diffusion distance in the time of the pulse width of the laser light is relatively small and can be ignored. In this case, the temperature rises in proportion to the irradiation time of the laser beam, and the temperature distribution T (x3, T) is given by:
[0024]
[Expression 2]
[0025]
Subsequently, the temperature distribution of the object surface layer when irradiated with pulsed laser light is compared between the conventional laser ultrasonic method and the present invention. FIG. 3 is a graph showing the temperature distribution of the object surface layer obtained from the equations (1) to (3) under the following conditions. The horizontal axis of this graph is the distance x from the object surface3 [Μm], and the vertical axis represents the temperature increase T [K] due to laser irradiation.
[0026]
First, in examining the case of the conventional method, the pulse width t0 The temperature distribution in the case of irradiating a
When the object is a metal, the thermophysical constant is assumed to be mild steel, the thermal conductivity κ = 50 W / (m · K), the thermal diffusivity D = 1.3 × 10-5m2 / S. However, the light absorption coefficient γ is infinite. Also, the absorbed power density I0 Assumes 20 MW / cm assuming laser light oscillated by the Q switch method2 (Corresponding to a beam diameter of 8 mm and an absorbed energy of 100 mJ). The solid line a in FIG.0 This is a temperature distribution when a time t = 100 ns, which is 10 times as long, elapses. The temperature rise T is 264 K on the surface, but is as small as 10 K inside 4 μm. In the case of normal temperature (293K), the surface temperature immediately after irradiation exceeds the melting point (1810K), so ablation occurs.
[0027]
When the object is an insulator, the thermal conductivity κ and the thermal diffusivity D are the same values as in the case of metal, and the light absorption coefficient γ = 1 × 10.4 [1 / m]. Also, the absorbed power density I0 200 MW / cm, 10 times that of metal2 And A dotted line b in FIG. 3 is a temperature distribution at time t = 10 ns when the laser emission is finished. The temperature rise T on the outermost surface is 52K, and no ablation occurs, and the temperature rises by 20K or more even within 100 μm.
[0028]
Next, in examining the case according to the present invention, the pulse width t0 = Temperature distribution when irradiating laser light 11a with a long pulse of 50 μs is examined with both metal and insulator. Absorbed power density I0 Is 1 MW / cm2 And
If the object is a metal, the pulse width t0 After the elapse of time t = 500 μs, as shown by the broken line c in FIG. 3, the temperature rise T reached 60K on the surface layer having a thickness of 100 μm. Further, in the case of an insulator through which light is transmitted, due to light transmission and internal absorption, the temperature rises within 100 μm at the time t = 50 μs when the laser emission is finished, as indicated by a dashed line d in FIG. T became 50K. In either case, the temperature rise T on the surface is 600K or less, and no ablation occurs.
[0029]
As can be seen from the above, when the long-pulse laser beam 11a is used, an appropriate temperature rise occurs on a relatively thick surface layer, whether it is a metal or an insulator. Therefore, since vibration due to thermal expansion can be excited in a relatively thick surface layer, it can be seen that defects such as cracks formed in the large structure can be inspected.
On the other hand, the laser beam 11a has a pulse width t.0 Because of the long peak power I instead of large energy0 Is small and ablation does not occur on the object surface. For this reason, a complete non-destructive inspection without ablation damage on the surface to be inspected can be performed.
[0030]
Further, the absorption power density I of the laser beam 11a0 Is 1 MW / cm2 This is below the light resistance limit of the acousto-
[0031]
Next, the
FIG. 4 is a configuration diagram of the
Further, the
[0032]
The
[0033]
The
The
[0034]
The
[0035]
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of
The anode of the
[0036]
The discharging
One end of each of the discharging
Further, the
[0037]
The
The
[0038]
The discharging
As the
[0039]
Next, the operation of the
First, the
[0040]
On the other hand, the light emitting
[0041]
Subsequently, the laser
At this time, the discharge current (excluding the simmer current) Ic of the
[0042]
The steep rise of the discharge current of the
[0043]
Further, in the
[0044]
As described above, for nondestructive inspection of a large structure, it is desirable to excite vibration having a maximum frequency of 10 to 100 kHz, and for that purpose, it is necessary to irradiate a laser beam having a pulse width of 10 to 100 μs. However, such a long-pulse laser beam cannot be obtained with a Q-switch type solid-state laser oscillator used in a conventional laser ultrasonic method.
[0045]
FIG. 7 is a diagram showing a waveform of laser light obtained by normal oscillation without using a Q switch in a Q switch type solid state laser oscillator. The horizontal axis is time, and the vertical axis is light intensity. The half width of the laser beam envelope shown in FIG. 7 is 40 μs, and many spike-like pulses due to relaxation oscillation are generated in this laser beam. The intensity of relaxation oscillation is as large as 90% or more of the peak power, and the half width of each pulse is as short as several ns. Thus, if a Q-switch type solid-state laser oscillator that has been conventionally used in the laser ultrasonic method is diverted, a long-pulse laser beam cannot be obtained.
[0046]
FIG. 8 is a graph showing the waveform of the laser beam 11a obtained by the
[0047]
Next, the vibration isolation structure of the
In the
[0048]
Therefore, the
Further, as shown in FIG. 9, when the
Since the
[0049]
Next, an experiment relating to a nondestructive inspection of a structure using the apparatus shown in FIG. 1 will be described.
First, a prototype of a long pulse YAG laser having the configuration shown in FIGS. 4 and 5 was prototyped as the
In a preliminary experiment using this
[0050]
Each experiment will be described in detail.
A 210 × 100 × 30 mm brick block was prepared as a sample. The brick block is placed on a flat surface with the surface of 100 × 30 mm facing down. At this time, the brick block is not bonded to a flat surface and is in a completely peeled state. In this state, a 210 × 100 mm surface of the brick block is irradiated with pulsed laser light. At this time, an ultrasonic wave based on the excited vibration is received 1 m from the irradiation position, and a frequency analysis is performed to obtain a resonance spectrum.
[0051]
First, a
As can be seen from FIG. 10A, the amplitude of the vibration velocity v of the brick block at this time is as small as 0.005 mm / s or less. In FIG. 10B, a resonance spectrum is seen in the vicinity of 5 kHz, but the amplitude of this resonance spectrum is small and is buried in the background noise.
[0052]
Next, a laser beam 11a having a pulse width of 50 μs from a prototype of the
[0053]
As can be seen from FIG. 11A, the amplitude of the vibration speed v of the brick block at this time is 0.03 to 0.05 mm / s, and the amplitude of the vibration speed v is about 10 times that of the conventional art. In addition, in FIG. 11B, a clear resonance spectrum is seen near 5 kHz. This resonance spectrum indicates that the brick block is in a peeled state. Therefore, it can be seen that the state of the structure to be inspected can be detected with high sensitivity by using the long-pulse laser beam 11a.
[0054]
FIG. 12 shows the peak power I of the laser beam 11a created based on FIG.0 It is a graph which shows the relationship between the amplitude of the vibration speed v of a brick block. In order to obtain a clear resonance spectrum, it is desirable that the amplitude of the vibration velocity v detected by the
[0055]
FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining the structure of the sample of this experiment. On a 300 × 300 × 60 mm
[0056]
First, the surface of the
Subsequently, the surface of the
[0057]
Comparing FIG. 14B and FIG. 15B, it can be seen that a strong resonance spectrum appears in the vicinity of 15 kHz in FIG. 15B. This resonance spectrum is based on vibrations induced by thermal expansion of the tile portion between the delamination and the surface. The presence or absence of peeling can be known from the presence or absence of this resonance spectrum.
[0058]
Next, five types of samples having different sizes of artificial peeling by the
[0059]
[Table 1]
[0060]
And the laser beam 11a with a pulse width of 50 microseconds by the prototype of the said
[0061]
In each power spectrum, the resonance spectrum with an arrow is based on the vibration induced in the tile portion between the separation and the surface. It can be seen that the greater the separation, the lower the resonance frequency based on the separation.
FIG. 17 is a graph showing the relationship between the area ratio Ra [%] of artificial peeling of each sample and the resonance frequency f [kHz] based on the artificial peeling. Based on this graph, the area ratio of peeling can be estimated from the obtained resonance frequency.
This
[0062]
Two concrete plates of 300 × 300 × 60 mm and 250 × 250 × 50 mm are prepared. Samples (A) and (B) were prepared by adhering 98 × 98 × 5 mm porcelain tiles (100 squares for interior tiles) to these concrete plates with 100 × 100 × 3 mm resin-containing cement. However, in any samples (A) and (B), there is no separation between the tile and the concrete board.
The tile surfaces of these samples (A) and (B) were irradiated with a laser beam 11 a having a pulse width of 50 μs by the prototype of the
[0063]
As shown in FIG. 18C, the resonance frequencies of the vibration induced by the thermal expansion of the sample (A) are 5.3 kHz and 6.0 kHz. Further, as shown in FIG. 18D, the resonance frequencies of vibration induced by thermal expansion of the sample (b) are 6.2 kHz and 7.5 kHz. The difference in resonance frequency is due to the difference in the thickness of the concrete plates of samples (A) and (B). Therefore, the thickness of the concrete board can be estimated from the obtained resonance frequency.
This technology can also be applied to large structures. For example, the thickness of the tunnel wall can be estimated by the same method.
[0064]
As is clear from the experimental results of the
The nondestructive inspection apparatus shown in FIG. 1 is not limited to tunnels, and can be widely applied to nondestructive inspection of large structures such as transportation, power generation facilities, and residential buildings.
[0065]
For example, when the inside of the wall has a two-layer structure in the depth direction, the portion shown in FIG. 1 can detect an incompletely bonded interface between the two layers. When such a portion is irradiated with a long
Moreover, when the thickness of the surface layer of a large structure having a two-layer structure is about 1 cm, the thickness of the surface layer can be accurately measured even if the interface between both layers is completely adhered. When the surface temperature rises by about several tens of degrees centigrade by irradiating a long
[0066]
As described above, with the nondestructive inspection apparatus shown in FIG. 1, as the internal structure of the large structure, a crack of about 1 to 50 cm and a thickness of the structure of about 10 to 100 cm formed almost parallel to the surface of the structure. It is possible to measure the thickness of the surface layer of a structure having a thickness of about 1 cm, a portion where the adhesion of the interface is incomplete in a structure having a multilayer structure or a structure in which another member is embedded.
The nondestructive inspection apparatus shown in FIG. 1 can also be applied to a mobile inspection system that can measure the presence and absence of concrete deterioration and cracks of several meters or more and the shape thereof quickly and accurately. This is thought to contribute to the dramatic improvement of the safety of large structures that are currently problematic in various fields, and at the same time, to create a new inspection industry.
[0067]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the pulse width of the pulsed light used for the inspection is set to 10 to 100 μs, and the relaxation oscillation is suppressed to 50% or less of the peak power. As a result, vibration of about 10 to 100 kHz with small attenuation in the large structure can be efficiently excited, and thus the soundness of the large structure can be measured with high sensitivity. Moreover, in this invention, the peak power of the pulsed light used for a test | inspection shall be 10 kW or more. Thereby, the soundness of a large-sized structure can be measured remotely.
In the present invention, the light source is composed of a lamp-excited normal oscillation solid-state laser oscillator. In addition, a preliminary discharge circuit is provided in the lamp excitation power supply unit so that the excitation lamp is always discharged. As a result, the change in the discharge impedance when the pulse current is discharged by the excitation lamp can be reduced, so that the repetition of the pulse discharge can be easily increased in speed, the luminous efficiency is increased, and the life of the excitation lamp is extended. It is done.
[0068]
In the present invention, the case of the high-speed discharge circuit of the light source and the casing of the power source unit of the light source are formed of a non-magnetic material. In addition, the power source unit and the cooling unit housing of the light source have an anti-vibration structure. Thereby, the vibration by the electromagnetic force accompanying a high-speed discharge is suppressed. Therefore, the noise on the vibration waveform detected by the vibration detecting means is reduced, and the inspection accuracy is increased.
In the present invention, the spread angle of the pulsed light is limited to 10 mrad or less. As a result, the directivity of the pulsed light is increased, so that inspection data for only a desired region can be acquired.
In the present invention, a large area inspection can be easily performed by scanning the irradiation position of the pulsed light. Here, high-speed scanning is possible by using an acousto-optic modulator as the scanning means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of a nondestructive inspection apparatus for structures according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of the principle of generation of ultrasonic waves.
FIG. 3 is a graph showing a temperature distribution of an object surface layer.
FIG. 4 is a configuration diagram of a laser light source.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply unit of a laser light source.
FIG. 6 is a graph showing current (excluding simmer current) supplied to the flash lamp.
FIG. 7 is a diagram showing a waveform of a laser beam obtained by normal oscillation without using a Q switch in a Q switch type solid-state laser oscillator.
8 is a graph showing a waveform of a laser beam obtained by a
FIG. 9 is a side view of an external housing of a power source unit and a cooling unit of a laser light source.
FIG. 10 is a graph showing a vibration waveform of a brick block when a laser beam having a pulse width of 8 ns is irradiated.
FIG. 11 is a graph showing a vibration waveform of a brick block when a laser beam having a pulse width of 50 μs is irradiated.
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the peak power of laser light and the amplitude of the vibration speed of a brick block.
13 is a cross-sectional view for explaining the structure of a sample in
FIG. 14 is a graph showing a vibration waveform of a healthy part when a laser beam having a pulse width of 50 μs is irradiated.
FIG. 15 is a graph showing a vibration waveform of a peeled portion when a laser beam having a pulse width of 50 μs is irradiated.
FIG. 16 is a graph showing a power spectrum based on a vibration waveform of a peeling portion of each sample when laser light having a pulse width of 50 μs is irradiated.
FIG. 17 is a graph showing a relationship between an area ratio of artificial peeling of each sample and a resonance frequency based on the artificial peeling.
FIG. 18 is a graph showing vibration waveforms of samples (A) and (B) when a laser beam with a pulse width of 50 μs is irradiated.
FIG. 19 is a block diagram showing a configuration example of an inspection apparatus for detecting a defect inside an object by a conventional laser ultrasonic method.
FIG. 20 is a diagram showing a waveform of a laser beam used in a conventional laser ultrasonic method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記パルス光が照射された領域の前記構造物の表面および表面下の光エネルギー吸収によって発生した振動を検出する第2の工程と、
検出された前記振動の波形を基に前記構造物の内部構造に関する情報を生成する第3の工程とを備え、
前記パルス光は、励起ランプに常時所定の直流電流を供給する予備放電回路と、前記励起ランプにパルス電流を供給する高速放電回路とにより生成されるレーザー光であり、
前記予備放電回路および前記高速放電回路は、非磁性体で形成された筐体または防振構造を有する筐体に収容されていることを特徴とする構造物の非破壊検査方法。The pulse width is 100 microseconds or less than 10 microseconds, the peak power is higher than is and relaxation oscillation generates a pulsed light with suppressed 10 kW, a first irradiating the pulsed light on the front surface of the structure Process,
A second step of detecting vibrations generated by light energy absorption under and on the surface of the structure in the region irradiated with the pulsed light;
A third step of generating information on the internal structure of the structure based on the detected waveform of the vibration ,
The pulsed light is laser light generated by a preliminary discharge circuit that constantly supplies a predetermined direct current to the excitation lamp and a high-speed discharge circuit that supplies a pulsed current to the excitation lamp,
The preliminary discharge circuit and the high-speed discharge circuit is non-destructive inspection method of a structure which is characterized that you have been accommodated in a housing having a housing or vibration isolation structure formed of a nonmagnetic material.
前記第1の工程において、前記パルス光の緩和振動を前記ピークパワーの50%以下に抑制することを特徴とする構造物の非破壊検査方法。In the nondestructive inspection method of the structure according to claim 1,
In the first step, the non-destructive inspection method for a structure is characterized in that relaxation oscillation of the pulsed light is suppressed to 50% or less of the peak power.
前記第1の工程において、前記構造物の表面に非接触で前記パルス光を照射し、
前記第2の工程において、前記構造物の表面に非接触で前記振動を検出することを特徴とする構造物の非破壊検査方法。In the nondestructive inspection method of the structure according to claim 1 or 2,
In the first step, the surface of the structure is irradiated with the pulsed light in a non-contact manner,
In the second step, the vibration is detected in a noncontact manner on the surface of the structure.
前記第3の工程において、検出された振動波形をフーリエ変換して前記振動の共振周波数を求め、前記構造物の内部にできた間隙の面積および前記構造物の厚みの少なくとも一方を前記振動の共振周波数から推定することを特徴とする構造物の非破壊検査方法。In the nondestructive inspection method of the structure according to any one of claims 1 to 3,
In the third step, the detected vibration waveform is subjected to Fourier transform to obtain a resonance frequency of the vibration, and at least one of an area of a gap formed in the structure and a thickness of the structure is determined as the resonance of the vibration. A non-destructive inspection method for a structure characterized by estimating from a frequency.
前記第1の工程において、前記パルス光の照射位置を走査することを特徴とする構造物の非破壊検査方法。In the nondestructive inspection method of the structure according to any one of claims 1 to 4,
A nondestructive inspection method for a structure, wherein in the first step, the irradiation position of the pulsed light is scanned.
前記パルス光が照射された領域の前記構造物の表面および表面下の光エネルギー吸収によって発生した振動を検出する振動検出手段と、
この振動検出手段の出力側に接続されかつ前記振動検出手段で検出された前記振動の波形を基に前記構造物の内部構造に関する情報を生成する演算処理手段とを備え、
前記光源は、前記パルス光の緩和振動を抑制する緩和振動抑制手段を有し、
前記パルス光のパルス幅は、10マイクロ秒以上100マイクロ秒以下であり、
前記パルス光のピークパワーは、10kW以上であり、
さらに、前記光源は、
励起ランプからの光によりレーザー媒質を励起してレーザー出力を得るノーマル発振固体レーザーのレーザー発振器と、
前記励起ランプに常時所定の直流電流を供給する予備放電回路と、前記励起ランプにパルス電流を供給する高速放電回路とを具備する電源部とを有し、
前記高速放電回路のケースおよび前記電源部の筐体の少なくとも一方は、非磁性体で形成されていることを特徴とする構造物の非破壊検査装置。A light source that emits pulsed light onto the surface of the structure;
Vibration detecting means for detecting vibration generated by light energy absorption under and on the surface of the structure in the region irradiated with the pulsed light;
Computation processing means connected to the output side of the vibration detection means and generating information related to the internal structure of the structure based on the vibration waveform detected by the vibration detection means,
The light source has relaxation vibration suppressing means for suppressing relaxation vibration of the pulsed light,
The pulse width of the pulsed light is 10 microseconds or more and 100 microseconds or less,
Peak power of the pulsed light state, and are more 10 kW,
Further, the light source is
A laser oscillator of a normal oscillation solid-state laser that obtains laser output by exciting the laser medium with light from the excitation lamp;
A power source unit including a preliminary discharge circuit that constantly supplies a predetermined direct current to the excitation lamp, and a high-speed discharge circuit that supplies a pulse current to the excitation lamp;
The fast at least one case and the housing of the power supply unit of the discharge circuit, nondestructive inspection device of a structure which is characterized that you have formed a non-magnetic material.
前記パルス光が照射された領域の前記構造物の表面および表面下の光エネルギー吸収によって発生した振動を検出する振動検出手段と、
この振動検出手段の出力側に接続されかつ前記振動検出手段で検出された前記振動の波形を基に前記構造物の内部構造に関する情報を生成する演算処理手段とを備え、
前記光源は、前記パルス光の緩和振動を抑制する緩和振動抑制手段を有し、
前記パルス光のパルス幅は、10マイクロ秒以上100マイクロ秒以下であり、
前記パルス光のピークパワーは、10kW以上であり、
さらに、前記光源は、
励起ランプからの光によりレーザー媒質を励起してレーザー出力を得るノーマル発振固体レーザーのレーザー発振器と、
前記励起ランプに常時所定の直流電流を供給する予備放電回路と、前記励起ランプにパルス電流を供給する高速放電回路とを具備する電源部と、
前記レーザー媒質および前記励起ランプを冷却する冷却部とを有し、
前記電源部および前記冷却部の筐体は、防振構造を有していることを特徴とする構造物の非破壊検査装置。 A light source that irradiates the surface of the structure with pulsed light;
Vibration detecting means for detecting vibration generated by light energy absorption under and on the surface of the structure in the region irradiated with the pulsed light;
Computation processing means connected to the output side of the vibration detection means and generating information relating to the internal structure of the structure based on the vibration waveform detected by the vibration detection means,
The light source has relaxation vibration suppressing means for suppressing relaxation vibration of the pulsed light,
The pulse width of the pulsed light is 10 microseconds or more and 100 microseconds or less,
The peak power of the pulsed light is 10 kW or more,
Further, the light source is
A laser oscillator of a normal oscillation solid-state laser that obtains laser output by exciting the laser medium with light from the excitation lamp;
A power supply unit comprising: a preliminary discharge circuit that constantly supplies a predetermined direct current to the excitation lamp; and a high-speed discharge circuit that supplies a pulse current to the excitation lamp;
A cooling unit for cooling the laser medium and the excitation lamp,
The non-destructive inspection apparatus for a structure according to claim 1, wherein the power supply unit and the cooling unit have a vibration-proof structure .
前記光源の緩和振動抑制手段は、前記パルス光の緩和振動を前記パルス光のピークパワーの50%以下に抑制する手段であることを特徴とする構造物の非破壊検査方法。The nondestructive inspection device for a structure according to claim 6 or 7,
The light source of the relaxation oscillation suppression means, non-destructive inspection method of a structure, characterized in that the relaxation oscillation of the pulse light is a means for inhibiting 50% or less of the peak power of the pulsed light.
前記光源は、前記構造物の表面に非接触で前記パルス光を照射する手段であり、
前記振動検出手段は、前記構造物の表面に非接触で前記振動を検出する手段であることを特徴とする構造物の非破壊検査装置。In the nondestructive inspection device for a structure according to any one of claims 6 to 8,
The light source is means for irradiating the surface of the structure with the pulsed light in a non-contact manner;
The non-destructive inspection apparatus for a structure, wherein the vibration detecting means is means for detecting the vibration without contact with the surface of the structure.
前記光源が有する前記緩和振動抑制手段は、前記高速放電回路からのパルス電流の立ち上がりを緩やかにする手段であることを特徴とする構造物の非破壊検査装置。In the nondestructive inspection device for a structure according to any one of claims 6 to 9 ,
The non-destructive inspection apparatus for a structure according to claim 1, wherein the relaxation vibration suppressing means of the light source is a means for gradual rising of a pulse current from the high-speed discharge circuit .
前記光源は、前記パルス光の広がり角を10mrad以下に制限する広がり角制御手段を有することを特徴とする構造物の非破壊検査装置。In the nondestructive inspection device for a structure according to any one of claims 6 to 9 ,
The non-destructive inspection apparatus for a structure , wherein the light source has a spread angle control means for limiting a spread angle of the pulsed light to 10 mrad or less .
前記光源の出力側に配置されかつ前記パルス光の照射位置を走査する走査手段を備えることを特徴とする構造物の非破壊検査装置。In the nondestructive inspection device for a structure according to any one of claims 6 to 9 ,
A non-destructive inspection apparatus for a structure, comprising: a scanning unit that is disposed on an output side of the light source and scans an irradiation position of the pulsed light .
前記パルス光は、直線偏光であり、
前記走査手段は、音響光学的変調器であることを特徴とする構造物の非破壊検査装置。 The nondestructive inspection apparatus according to claim 1 2 Structure according,
The pulsed light is linearly polarized light,
The non-destructive inspection apparatus for a structure is characterized in that the scanning means is an acousto-optic modulator .
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